JP2004358799A - キャリッジ駆動制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】安価にキャリッジの加速度を検出し、キャリッジの外乱抑圧性能を向上させることにより画質向上を達成することができるキャリッジ駆動制御方法を提供することである。
【解決手段】記録ヘッドを搭載したキャリッジを記録媒体に対して記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なう記録装置において、キャリッジの移動速度を検出し、キャリッジモータからの駆動力をキャリッジに伝達するベルト上にあってキャリッジを固定する固定部の両側に夫々取り付けられた第１と第２のひずみゲージからの夫々の出力に基づいてキャリッジの加速度を検出し、その検出されたキャリッジの移動速度に対して検出されたキャリッジの加速度に基づいてそのキャリッジ速度を補償し、その補償されたキャリッジ速度によりキャリッジモータの駆動をフィードバック制御する。
【選択図】 図１
【解決手段】記録ヘッドを搭載したキャリッジを記録媒体に対して記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なう記録装置において、キャリッジの移動速度を検出し、キャリッジモータからの駆動力をキャリッジに伝達するベルト上にあってキャリッジを固定する固定部の両側に夫々取り付けられた第１と第２のひずみゲージからの夫々の出力に基づいてキャリッジの加速度を検出し、その検出されたキャリッジの移動速度に対して検出されたキャリッジの加速度に基づいてそのキャリッジ速度を補償し、その補償されたキャリッジ速度によりキャリッジモータの駆動をフィードバック制御する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はキャリッジ駆動制御方法に関し、特に、例えば、インクジェット記録ヘッドを搭載したキャリッジを駆動する記録装置に適用されるキャリッジ駆動制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロニクス技術の著しい発展に伴い、計算機の処理能力は格段な進歩を遂げている。例えば、カラー画像処理を行なうためには大量のデータを短時間で処理することが要求されるが、従来の計算機では処理速度の面で困難があったものの、近年の計算機の能力向上により、カラー画像処理をごく一般的なものとするまでになっている。
【０００３】
一方、カラー画像を出力するためのカラー記録装置（以下、記録装置という）も利用範囲が急速に拡大している。従来の写真印刷にとってかわり、例えば、インクジェットプリンタに代表される記録装置を用いてカラー画像を出力する場合が増えている。その画像のサイズについて言えば、小さいものは名刺サイズから大きなものはＢ０判以上のポスターサイズに至るまで非常に広い範囲に及んでいる。
【０００４】
このような記録装置の普及に伴って、その装置に対する画質向上とスループット向上の要求は高まる一方である。一般に記録装置では記録ヘッドを記録媒体に対して走査させながら記録を行なう。このため、記録ヘッドを搭載するキャリッジに対しては、さらなる高精度化と高速化が求められている。このような要求に対して、従来の記録装置では、キャリッジの変位情報をリニアエンコーダで検出しながらキャリッジを駆動するという、いわゆるサーボ機構が採用されている。
【０００５】
図８は従来の記録装置にみられるキャリッジのサーボ機構の概要を示すブロック図である。
【０００６】
図８に示すように、記録ヘッドを搭載するキャリッジ１はベルト３によって駆動される。ベルト３はベルトホルダ４を介してキャリッジ１に固定される。プーリ６とアイドルプーリ７にはベルト３が弛みなく懸架される。プーリ６には駆動源であるキャリッジモータ５が連結される。このようにして、キャリッジモータ５が発生するトルクは、プーリ６、アイドルプーリ７、ベルト３を介してキャリッジ１をその走査方向に駆動する推力へと変換される。
【０００７】
また、キャリッジ１の変位情報はリニアエンコーダ１８によって検出される。
キャリッジ１を記録媒体に対して走査するときにはキャリッジ１の変位情報および速度情報が必要となる。この速度情報はリニアエンコーダ１８からの出力信号をもとに抽出される。速度検出器１２はリニアエンコーダ１８からの出力信号に基づいて速度情報を生成する。その速度情報の生成方法は公知であって、例えば、リニアエンコーダ１８が出力するパルス列の時間幅を計測するか、或いは、そのパルス列の単位時間当たりの変化量を計算することによってなされる。
【０００８】
このようにして得られたキャリッジ１の速度情報は速度指令値生成器１０の出力と比較器３０において比較減算され、その減算結果がさらに速度補償器１１に導かれて適切な補償が施された後に、パワーアンプ１６を介してキャリッジモータ５を駆動する制御信号となる。
【０００９】
このように、従来のキャリッジのサーボ機構は、キャリッジ１の速度情報に関してフィードバックループを構成している。
【００１０】
図９は従来のサーボ機構の動作の詳細を説明するブロック図である。
【００１１】
図９を参照してサーボ機構の動作をさらに説明する。図９によれば、電力・推力変換機構１５の動作は速度補償器１１の出力に応じてキャリッジ１に推力を作用させるものであり、パワーアンプ１６、キャリッジモータ５、プーリ６、アイドルプーリ７、ベルト３などから構成される。力学的にみるとキャリッジ１は１つの剛体要素であるから、キャリッジ１には推力に応じた加速度が現れる。加速度は推力に比例して、かつ、キャリッジ１の質量に反比例する。速度補償器１１に導かれる速度は加速度の一階積分として表される。一般にサーボ機構の性能は目標値に対する追従性と外乱抑圧性で評価される。従来のキャリッジのサーボ機構は、上記双方の性能を速度情報のフィードバックによって達成しようという設計思想によるものである。
【００１２】
ところが、速度のフィードバックに頼るのみでは十分な外乱抑圧性能が得られないことは周知の事実である。
【００１３】
影響の大きい外乱要因としては以下のものが知られている。
【００１４】
まず、パワーアンプ１６とキャリッジモータ５の温度上昇による特性ドリフトや、また、キャリッジモータ５の逆起電圧の影響がある。そして、機構的な負荷トルクの変動やキャリッジモータ５のトルクリップルがサーボ機構に外乱力として作用する。このように従来の速度情報をフィードバックする構成では十分な外乱抑圧性能がないため、キャリッジ走査時におけるキャリッジ１の速度変動は不可避であった。
【００１５】
このため、サーボ機構の外乱抑制性能を向上させるために、従来より、例えば電流帰還型のパワーアンプを使用することが知られている。この手法によれば、キャリッジモータ５の電流はフィードバック制御によって管理されるが、キャリッジ１に作用する推力を直接に管理するわけではなく、外乱要因の影響を十分に排除できるものではない。
【００１６】
また、従来より、キャリッジの速度と加速度の多重フィードバックループを構成することで外乱抑制性能を向上させているものもある（例えば、特許文献１参照）。
【００１７】
【特許文献１】
特許公報第２７８４００２号。
【００１８】
特許文献１は加速度制御型のサーボシステムを開示している。
【００１９】
図１０は、特許文献１の開示内容を記録装置におけるキャリッジのサーボ機構に適用した様子を示すブロック図である。
【００２０】
図１０によると、速度補償器１１の後段に加速度補償器１３を設け、速度フィードバックループの内側に加速度フィードバックループが構成されている。そして、キャリッジ１の加速度を積分回路２２において積分して速度を得ている。この手法は原理的に極めて有効なものであるが、特許文献１にはキャリッジの加速度を如何にして精度よく検出するのか、現実的な手段を何ら明示していない。特許文献１はモータと制御対象の機構（記録装置ではキャリッジ）が剛に結合しているという仮定の上で、モータにパルスジェネレータを取り付け、パルス信号を微分演算することで加速度信号としている。
【００２１】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら上記従来例の特許文献１が開示する加速度信号はモータの回転に関するものであってキャリッジに関するものではない。モータとキャリッジとが剛に結合されていれば無視できる問題であるが、記録装置では柔軟部材であるベルトを力伝達機構に使用しており、モータの回転運動とキャリッジの並進運動の間にダイナミクスが存在することは公知である。つまり、キャリッジの加速度をモータの回転角加速度で代用することは出来ない。従って、特許文献１の開示する方法を記録装置に適用して、即ち、記録装置においてはモータにパルスジェネレータを取り付けても意図したようなサーボ機構は実現できない。
【００２２】
また、キャリッジに加速度センサを取り付ければキャリッジの加速度を直接に検出できるが、一般に加速度センサは極めて高価であり記録装置に実装することはコストの面で現実的でない。
【００２３】
以上に述べたように、従来の記録装置に採用されたようなキャリッジのサーボ機構では、速度情報のフィードバックを基本的な制御系構成としているため、十分な外乱抑圧性能が得られなかった。その結果、キャリッジ走査時にキャリッジの速度変動を抑制することが出来ず、その結果として、キャリッジ走査方向に記録ムラを生じさせることになっていた。
【００２４】
本発明は上記従来例に鑑みてなされたものであり、安価にキャリッジの加速度を検出し、キャリッジの外乱抑圧性能を向上させることにより画質向上を達成することができるキャリッジ駆動制御方法を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のキャリッジ駆動制御方法は以下の工程からなる。
【００２６】
即ち、記録ヘッドを搭載したキャリッジを記録媒体に対して記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なう記録装置に適用されるキャリッジ駆動制御方法であって、前記キャリッジの移動速度を検出する第１の検出工程と、キャリッジモータからの駆動力を前記キャリッジに伝達するベルト上にあって前記キャリッジを固定する固定部の両側に夫々取り付けられた第１と第２のひずみゲージからの夫々の出力に基づいて前記キャリッジの加速度を検出する第２の検出工程と、前記第１の検出工程において検出されたキャリッジの移動速度に対して前記第２の検出工程において検出された前記キャリッジの加速度に基づいて前記キャリッジ速度を補償する補償工程と、前記補償工程において補償されたキャリッジ速度により前記キャリッジモータの駆動をフィードバック制御する制御工程とを有することを特徴とするキャリッジ駆動制御方法を備える。
【００２７】
また本発明は、上記構成の方法を記録装置に適用することによって実現しても良い。その記録装置は以下のような構成からなる。
【００２８】
即ち、記録ヘッドを搭載したキャリッジを記録媒体に対して記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なう記録装置であって、前記キャリッジを駆動させるための駆動力を発生するキャリッジモータと、前記キャリッジを固定するとともに、前記キャリッジモータによって発生した駆動力を前記キャリッジに伝達するベルトと、前記ベルト上の前記キャリッジが固定される固定の両側に設けられる第１と第２のひずみゲージと、前記キャリッジの移動速度を検出する第１の検出手段と、前記第１と第２のひずみゲージからの夫々の出力に基づいて前記キャリッジの加速度を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段によって検出されたキャリッジの移動速度に対して前記第２の検出手段によって検出された前記キャリッジの加速度に基づいて前記キャリッジ速度を補償する補償手段と、前記補償手段によって補償されたキャリッジ速度に基づいて前記キャリッジモータの駆動をフィードバック制御する制御手段を有することを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
さて以上のような解決手段の構成をさらに詳しく言えば、前記第１の検出手段は、リニアエンコーダを含むことが望ましく、前記第１及び第２のひずみゲージはホイートストンブリッジ回路の少なくとも１つの抵抗体を構成することが望ましい。
【００３０】
そして、前記制御手段は、前記キャリッジの移動速度により前記キャリッジモータの駆動をフィードバック制御する第１の制御ループと、前記キャリッジの加速度により前記キャリッジモータの駆動をフィードバック制御する第２の制御ループとを含むようになる。
【００３１】
また、前記第２の検出手段は、前記第１と第２のひずみゲージからの夫々の出力に基づいて、前記キャリッジに作用する推力を検出する推力検出手段を含むようにしても良い。
【００３２】
なおまた、前記記録ヘッドはインクジェット記録ヘッドであり、前記記録剤はインクであることが望ましい。その場合、前記インクジェット記録ヘッドは、熱エネルギーを利用してインクを吐出するために、インクに与える熱エネルギーを発生するための電気熱変換体を備えていることが望ましい。
【００３３】
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について、さらに具体的かつ詳細に説明する。
【００３４】
なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。
【００３５】
また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。
【００３６】
さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきもので、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。
【００３７】
またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。
【００３８】
＜インクジェット記録装置の説明（図１）＞
図１は本発明の代表的な実施形態であるインクジェット記録装置のキャリッジ周辺部の構成の概要を示す外観斜視図である。
【００３９】
図１に示すキャリッジ１にはインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッドという。なお、図１には図示されていない）が搭載され、キャリッジ移動方向に移動しながらインクを記録紙のような記録媒体に吐出して記録を行う。
【００４０】
記録ヘッドを搭載するキャリッジ１は２本のガイドシャフト２に案内されて往復運動をする。ベルト３はベルトホルダ４を介してキャリッジ１に固定されており、また、ベルト３はプーリ６とアイドルプーリ７に弛みなく懸架されている。
プーリ６とアイドルプーリ７はキャリッジ１の走査方向の両端にそれぞれ配置されている。プーリ６にはアクチュエータであるキャリッジモータ５が連結されている。
【００４１】
さらに、この実施形態によると、ベルト３にひずみゲージ８ａ、８ｂが取り付けられている。ひずみゲージ８ａはプーリ６とベルトホルダ４の間で、ひずみゲージ８ｂはアイドルプーリ７とベルトホルダ４の間で、かつ、両者ともベルトホルダ４近傍に取り付けられている。キャリッジ１は基板９を搭載しており、ひずみゲージ８ａ、８ｂのリード線は基板９に接続されている。
【００４２】
図２はベルトホルダ４近傍をキャリッジ１の上面から図１に示す矢印Ｄの方向に眺めた上面図である。
【００４３】
図２によると、ひずみゲージ８ａ、８ｂの取り付け状態がさらに詳細に図示されているのが分かる。即ち、ひずみゲージ８ａ、８ｂは、ベルト３に、ベルトホルダ４を挟んでほぼ対称な場所で取り付けられている。
【００４４】
キャリッジモータ５が発生する駆動力はプーリ６、アイドルプーリ７、ベルト３を介してキャリッジ１に推力として伝達される。ひずみゲージ８ａ、８ｂはこの推力あるいはキャリッジ１の加速度を検出する。キャリッジ１に伝達される推力はベルト３の張力の変化と等価である。より正確に言うならば、ベルトホルダ４をはさんで左右の部位それぞれの張力に差が発生すると、この張力差がキャリッジ１に推力として作用する。ベルト３の張力はベルト３の伸縮量に比例することが知られており、ひずみゲージ８ａ、８ｂでベルト３の伸縮量すなわちひずみを測定すればベルト３の張力を測定することができる。ベルトホルダ４をはさんだ左右の部位でそれぞれベルト３のひずみを測定して、その差を演算すれば、キャリッジ１に作用する推力を測定することができるのである。
【００４５】
なお、ニュートン力学から公知であるように推力と加速度とは比例の関係にある。よって、ひずみゲージ８ａ、８ｂで測定した推力はキャリッジ１の加速度と等価である。推力をキャリッジ１の質量で除算すれば加速度が得られる。
【００４６】
従って、この実施形態の特徴は、このようにして検出したキャリッジ１の加速度情報を用いて、速度と加速度の多重フィードバックループを構成することであると言える。
【００４７】
次に、以上の構成の記録装置を用いたキャリッジ制御について２つの実施形態を説明する。
【００４８】
＜第１実施形態（図３〜図６）＞
図３は本発明の第１実施形態に従うキャリッジ１のサーボ機構の構成を示すブロック図である。これまで説明したように、キャリッジ１はベルトホルダ４を介してベルト３と締結されている。ベルト３はプーリ６とアイドルプーリ７に弛みなく懸架されている。プーリ６にはアクチュエータであるキャリッジモータ５が連結されている。ひずみゲージ８ａ、８ｂは、ベルト３の上で、ベルトホルダ４近傍、かつ、ベルトホルダ４を挟んだほぼ対称な場所に取り付けられている。また、キャリッジ１の変位情報はリニアエンコーダ１８によって検出される。
【００４９】
ひずみゲージ８ａ、８ｂはブリッジ回路１７と電気的に接続されている。ブリッジ回路１７の構成は後述する図４あるいは図５に示す。
【００５０】
図４はひずみゲージ８ａ、８ｂを含むブリッジ回路１７の構成例を示す回路図である。
【００５１】
図４（ａ）に示すように、ひずみゲージ８ａは抵抗１９ａ、２０ａ、２１ａと共にホイートストンブリッジ回路を構成している。この回路構成によれば、ひずみゲージ８ａが取り付けられた部位でベルト３に張力の変化が発生すると、それに応じてひずみゲージ８ａの電気抵抗値が変化する。よって、ホイートストンブリッジ回路に駆動電圧Ｖｓを与えると張力の変化に応じた出力電圧Ｅａが発生する。
【００５２】
また、図４（ｂ）に示すように、ひずみゲージ８ｂに関しても、図４（ａ）と同様にして抵抗１９ｂ、２０ｂ、２１ｂと共にホイートストンブリッジ回路が構成されている。この回路に駆動電圧Ｖｓを与えれば、ひずみゲージ８ｂが取り付けられた部位におけるベルト３の張力の変化は出力電圧Ｅｂとして検出される。
従って、出力電圧ＥａとＥｂとの差信号がキャリッジ１に与えられる推力を表わすことになり、この推力はキャリッジ１の加速度と等価である。
【００５３】
図５はひずみゲージ８ａ、８ｂを含むブリッジ回路１７の別の構成例を示す回路図である。
【００５４】
図５に示すように、ひずみゲージ８ａ、８ｂを１つのホイートストンブリッジ回路にまとめて接続してもよい。この場合、ひずみゲージ８ａとひずみゲージ８ｂの抵抗値の差に応じて出力電圧Ｅが発生する。出力電圧Ｅはキャリッジ１に与えられる推力を表わし、また、キャリッジ１の加速度とも等価である。
【００５５】
次に、先に示した図１を参照してブリッジ回路１７の実装箇所を説明する。
【００５６】
図１によると、キャリッジ１は基板９を搭載している。ブリッジ回路１７は基板９の上に実装されている。ひずみゲージ８ａ、８ｂのリード線は基板９と接続されており、基板９の中で、さらにブリッジ回路１７へと電気的に接続されている。このようにブリッジ回路１７をキャリッジ１の上に実装することで、ひずみゲージ８ａ、８ｂのリード線を極力短くすることが可能となる。一般に、ひずみゲージのリード線を長くとると電気的ノイズを拾いやすくなるという不都合があるが、この実施形態では、ブリッジ回路１７をキャリッジ１の上に実装することでキャリッジ１の加速度を高精度に検出することが可能になる。
【００５７】
再び図３に戻り、この実施形態に従うキャリッジ１のサーボ機構を図６に示すフローチャートを合わせて参照しながら説明する。
【００５８】
まず、ステップＳ１０で、速度検出器１２はリニアエンコーダ１８からの出力信号に基づいてキャリッジ１の速度情報（ｖ）を抽出する。次に、ステップＳ２０では、速度情報（ｖ）は速度指令値生成器１０からの出力（ｖ０）と比較器３０において比較減算され、さらに、ステップＳ３０ではその減算結果が速度補償器１１に導かれて適切な補償を施し、その速度補償された信号を出力する。
【００５９】
一方、ステップＳ１００で、加速度検出器１４は、ブリッジ回路１７の出力に適切な換算係数を乗ずることでキャリッジ１の加速度情報（ａ）を抽出する。ステップＳ１１０では、この加速度情報は符号反転されて出力される。さらに、ステップＳ２００では、速度指令値生成器１０が出力する速度指令値を微分器２５が微分して加速度の次元へと変換して出力する。
【００６０】
そして、ステップＳ４０では加算器３１においてその速度補償された出力信号と符号反転された加速度情報と微分された速度指令値とを加算して、その結果を加速度補償器１３に出力する。そして、ステップＳ５０では加速度補償器１３において加速度補償がなされ、その加速度補償された信号がパワーアンプ１６に出力され、その結果、ステップＳ６０において、パワーアンプ１６からの出力信号によりキャリッジモータ５が駆動される。
【００６１】
そして、キャリッジモータ５の駆動によって移動されるキャリッジ１の速度や加速度がステップＳ１０とＳ１００において抽出される。
【００６２】
従ってこの実施形態によれば、ステップＳ１０〜Ｓ６０、及びＳ１０〜……で速度のフィードバックループが形成されており、ステップＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ４０〜Ｓ６０、及びＳ１００〜……で加速度のフィードバックループである。
このように、この実施形態では、加速度と速度の多重フィードバックループを構成することで外乱要因に対する十分な抑圧性能が達成され、例えば、負荷トルクの変動、キャリッジモータのトルクリップル、温度ドリフトといった外乱要因に対して、キャリッジ走査時のキャリッジの速度変動および加速度の変動を極めて小さいレベルに抑制することが可能となる。
【００６３】
加えて、微分器２５により、速度指令値生成器が出力する速度指令値を加速度の次元へと変換して、加速度のフィードバックループに指令値として入力することにより、サーボ機構の目標値に対する追従性も飛躍的に向上する。
【００６４】
＜第２実施形態（図７）＞
この実施形態では、ひずみゲージを用いることによって速度と推力の多重フィードバックループを構成する例について説明する。
【００６５】
図７は本発明の第２実施形態に従うキャリッジ１のサーボ機構の構成を示すブロック図である。図７において、既に図３を用いて第１実施形態で説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付してあり、その説明は省略する。
【００６６】
第１実施形態で説明した構成と第２実施形態の構成との差異は、加速度情報に代わり、キャリッジ１に作用する推力に関してフィードバックループを構成した点である。これまで再三説明したように加速度と推力とは等価な量なので、ブリッジ回路１７の出力からキャリッジ１に作用する推力の情報を抽出できる。
【００６７】
図７によれば、推力検出器２４はブリッジ回路１７の出力に対して適切な換算係数を乗ずることでキャリッジ１に作用する推力を抽出する。この推力情報（ｆ）は符号反転された後に加算器３２へと出力される。一方、加算器３１からの加算結果は加速度・推力変換器２６へと出力される。
【００６８】
さて、速度補償器１１と微分器２６とからの出力は物理的に加速度次元の量であるので、加速度・推力変換器２６ではこれら加速度次元の量を推力の次元へと換算し、その換算結果を加算器３２に出力し、推力検出器２４からの反転出力を加算して、その結果を推力補償器２３に出力する。
【００６９】
図７に示した構成から分かるように、ひずみゲージ８ａ、８ｂからの出力→ブリッジ回路１７→推力検出器２４→推力補償器２３→パワーアンプ１６→キャリッジモータ５→ベルト３→ひずみゲージ８ａ、８ｂからの出力→……という推力に関するフィードバックループが構成され、キャリッジ１に作用する推力を適切に制御することが可能となる。
【００７０】
従って以上説明した実施形態に従えば、推力に関するフィードバックループにより、キャリッジモータ５の負荷トルクの変動やモータのトルクリップルが存在しても、キャリッジ１に所望の推力を与えることができる。
【００７１】
このように、以上説明した実施形態によれば、ひずみゲージでキャリッジの加速度を検出することで、安価な加速度検出手段を提供することができる。
【００７２】
一般に、圧電式やサーボ式の加速度センサは極めて高価であり、民生向けあるいは産業向けの記録装置に実装することは現実的でない。ひずみゲージの使用はコストの面で極めて有利である。
【００７３】
さらに、ひずみゲージという安価な加速度検出手段が提供されたことで、外乱抑圧特性が極めて良好なキャリッジのサーボ機構を速度と加速度の多重フィードバックループを安価に具体化することができる。特に、本願発明が適用される、例えば、インクジェット記録装置では、トルク負荷の変動、モータのトルクリップル、温度ドリフトといった不可避な外乱要因が存在するが、本発明によれば、これら外乱要因に対して、キャリッジの走査ムラを十分小さなレベルに抑制することが可能となる。
【００７４】
またさらに、上述のように、キャリッジの加速度とキャリッジに与えられる推力とは等価であるから、ひずみゲージを用いることはその推力の検出手段を提供することを意味する。従って、キャリッジのサーボ機構を速度と推力の多重フィードバックループによって形成するとすることが可能になり、このようなループ構成によってキャリッジに与える推力を適切に制御することが可能となる。
【００７５】
従って、外乱要因の存在によらず、キャリッジに所望の推力を作用させ、キャリッジの走査ムラを起こさずにキャリッジを安定して走査させることが可能になる。
【００７６】
さらに、以上の実施形態において、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。
【００７７】
以上の実施形態は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式を用いることにより記録の高密度化、高精細化が達成できる。
【００７８】
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式はいわゆるオンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に１対１で対応した液体（インク）内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。
【００７９】
このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことができる。
【００８０】
また、以上の実施形態は記録ヘッドを走査して記録を行なうシリアルタイプの記録装置であったが、記録媒体の幅に対応した長さを有する記録ヘッドを用いたフルラインタイプの記録装置であっても良い。フルラインタイプの記録ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【００８１】
加えて、上記の実施形態で説明した記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドのみならず、装置本体に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッドを用いてもよい。
【００８２】
また、以上説明した記録装置の構成に、記録ヘッドに対する回復手段、予備的な手段等を付加することは記録動作を一層安定にできるので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこれとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせによる予備加熱手段などがある。また、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを備えることも安定した記録を行うために有効である。
【００８３】
さらに、記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってでも良いが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの少なくとも１つを備えた装置とすることもできる。
【００８４】
以上説明した実施の形態においては、インクが液体であることを前提として説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクであっても、室温で軟化もしくは液化するものを用いても良く、あるいはインクジェット方式ではインク自体を３０°Ｃ以上７０°Ｃ以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものであればよい。
【００８５】
さらに加えて、本発明に係る記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として一体または別体に設けられるものの他、リーダ等と組み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を取るものであっても良い。
【００８６】
【発明の効果】
従って以上説明したように本発明によれば、記録ヘッドを搭載したキャリッジを記録媒体に対して記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なう記録装置において、キャリッジの移動速度を検出し、キャリッジモータからの駆動力をキャリッジに伝達するベルト上にあってキャリッジを固定する固定部の両側に夫々取り付けられた第１と第２のひずみゲージからの夫々の出力に基づいてキャリッジの加速度を検出し、その検出されたキャリッジの移動速度に対して検出されたキャリッジの加速度に基づいてそのキャリッジ速度を補償し、その補償されたキャリッジ速度によりキャリッジモータの駆動をフィードバック制御するので、ひずみゲージを用いるという安価な方法で、多重のフィードバックループが形成され、より精度の高いキャリッジ駆動制御を行うことが可能になる。
【００８７】
これにより、本発明の方法が記録装置に適用された場合、より高品位な画像記録が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的な実施形態であるインクジェット記録装置のキャリッジ周辺部の構成の概要を示す外観斜視図である。
【図２】ベルトホルダ４近傍をキャリッジ１の上面から眺めた上面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に従うキャリッジ１のサーボ機構の構成を示すブロック図である。
【図４】ひずみゲージ８ａ、８ｂを含むブリッジ回路１７の構成例を示す回路図である。
【図５】ひずみゲージ８ａ、８ｂを含むブリッジ回路１７の別の構成例を示す回路図である。
【図６】本発明の第１実施形態に従うサーボ機構を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に従うキャリッジ１のサーボ機構の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の記録装置にみられるキャリッジのサーボ機構の概要を示すブロック図である。
【図９】従来のサーボ機構の動作の詳細を説明するブロック図である。
【図１０】特許公報第２７８４００２号の開示内容を記録装置におけるキャリッジのサーボ機構に適用した様子を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ キャリッジ
２ ガイドシャフト
３ タイミングベルト
４ ベルトホルダ
５ モータ
６ プーリ
７ アイドルプーリ
８ａ、８ｂ ひずみゲージ
９ 基板
１０ 速度指令値生成器
１１ 速度補償器
１２ 速度検出器
１３ 加速度補償器
１４ 加速度検出器
１５ 電力・推力変換機構
１６ パワーアンプ
１７ ブリッジ回路
１８ リニアエンコーダ
１９、１９ａ 抵抗器
２０、２０ａ 抵抗器
２１、２１ａ 抵抗器
２２ 積分回路
２３ 推力補償器
２４ 推力検出器
２５ 加速度・推力変換器
２６ 微分器
【発明の属する技術分野】
本発明はキャリッジ駆動制御方法に関し、特に、例えば、インクジェット記録ヘッドを搭載したキャリッジを駆動する記録装置に適用されるキャリッジ駆動制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロニクス技術の著しい発展に伴い、計算機の処理能力は格段な進歩を遂げている。例えば、カラー画像処理を行なうためには大量のデータを短時間で処理することが要求されるが、従来の計算機では処理速度の面で困難があったものの、近年の計算機の能力向上により、カラー画像処理をごく一般的なものとするまでになっている。
【０００３】
一方、カラー画像を出力するためのカラー記録装置（以下、記録装置という）も利用範囲が急速に拡大している。従来の写真印刷にとってかわり、例えば、インクジェットプリンタに代表される記録装置を用いてカラー画像を出力する場合が増えている。その画像のサイズについて言えば、小さいものは名刺サイズから大きなものはＢ０判以上のポスターサイズに至るまで非常に広い範囲に及んでいる。
【０００４】
このような記録装置の普及に伴って、その装置に対する画質向上とスループット向上の要求は高まる一方である。一般に記録装置では記録ヘッドを記録媒体に対して走査させながら記録を行なう。このため、記録ヘッドを搭載するキャリッジに対しては、さらなる高精度化と高速化が求められている。このような要求に対して、従来の記録装置では、キャリッジの変位情報をリニアエンコーダで検出しながらキャリッジを駆動するという、いわゆるサーボ機構が採用されている。
【０００５】
図８は従来の記録装置にみられるキャリッジのサーボ機構の概要を示すブロック図である。
【０００６】
図８に示すように、記録ヘッドを搭載するキャリッジ１はベルト３によって駆動される。ベルト３はベルトホルダ４を介してキャリッジ１に固定される。プーリ６とアイドルプーリ７にはベルト３が弛みなく懸架される。プーリ６には駆動源であるキャリッジモータ５が連結される。このようにして、キャリッジモータ５が発生するトルクは、プーリ６、アイドルプーリ７、ベルト３を介してキャリッジ１をその走査方向に駆動する推力へと変換される。
【０００７】
また、キャリッジ１の変位情報はリニアエンコーダ１８によって検出される。
キャリッジ１を記録媒体に対して走査するときにはキャリッジ１の変位情報および速度情報が必要となる。この速度情報はリニアエンコーダ１８からの出力信号をもとに抽出される。速度検出器１２はリニアエンコーダ１８からの出力信号に基づいて速度情報を生成する。その速度情報の生成方法は公知であって、例えば、リニアエンコーダ１８が出力するパルス列の時間幅を計測するか、或いは、そのパルス列の単位時間当たりの変化量を計算することによってなされる。
【０００８】
このようにして得られたキャリッジ１の速度情報は速度指令値生成器１０の出力と比較器３０において比較減算され、その減算結果がさらに速度補償器１１に導かれて適切な補償が施された後に、パワーアンプ１６を介してキャリッジモータ５を駆動する制御信号となる。
【０００９】
このように、従来のキャリッジのサーボ機構は、キャリッジ１の速度情報に関してフィードバックループを構成している。
【００１０】
図９は従来のサーボ機構の動作の詳細を説明するブロック図である。
【００１１】
図９を参照してサーボ機構の動作をさらに説明する。図９によれば、電力・推力変換機構１５の動作は速度補償器１１の出力に応じてキャリッジ１に推力を作用させるものであり、パワーアンプ１６、キャリッジモータ５、プーリ６、アイドルプーリ７、ベルト３などから構成される。力学的にみるとキャリッジ１は１つの剛体要素であるから、キャリッジ１には推力に応じた加速度が現れる。加速度は推力に比例して、かつ、キャリッジ１の質量に反比例する。速度補償器１１に導かれる速度は加速度の一階積分として表される。一般にサーボ機構の性能は目標値に対する追従性と外乱抑圧性で評価される。従来のキャリッジのサーボ機構は、上記双方の性能を速度情報のフィードバックによって達成しようという設計思想によるものである。
【００１２】
ところが、速度のフィードバックに頼るのみでは十分な外乱抑圧性能が得られないことは周知の事実である。
【００１３】
影響の大きい外乱要因としては以下のものが知られている。
【００１４】
まず、パワーアンプ１６とキャリッジモータ５の温度上昇による特性ドリフトや、また、キャリッジモータ５の逆起電圧の影響がある。そして、機構的な負荷トルクの変動やキャリッジモータ５のトルクリップルがサーボ機構に外乱力として作用する。このように従来の速度情報をフィードバックする構成では十分な外乱抑圧性能がないため、キャリッジ走査時におけるキャリッジ１の速度変動は不可避であった。
【００１５】
このため、サーボ機構の外乱抑制性能を向上させるために、従来より、例えば電流帰還型のパワーアンプを使用することが知られている。この手法によれば、キャリッジモータ５の電流はフィードバック制御によって管理されるが、キャリッジ１に作用する推力を直接に管理するわけではなく、外乱要因の影響を十分に排除できるものではない。
【００１６】
また、従来より、キャリッジの速度と加速度の多重フィードバックループを構成することで外乱抑制性能を向上させているものもある（例えば、特許文献１参照）。
【００１７】
【特許文献１】
特許公報第２７８４００２号。
【００１８】
特許文献１は加速度制御型のサーボシステムを開示している。
【００１９】
図１０は、特許文献１の開示内容を記録装置におけるキャリッジのサーボ機構に適用した様子を示すブロック図である。
【００２０】
図１０によると、速度補償器１１の後段に加速度補償器１３を設け、速度フィードバックループの内側に加速度フィードバックループが構成されている。そして、キャリッジ１の加速度を積分回路２２において積分して速度を得ている。この手法は原理的に極めて有効なものであるが、特許文献１にはキャリッジの加速度を如何にして精度よく検出するのか、現実的な手段を何ら明示していない。特許文献１はモータと制御対象の機構（記録装置ではキャリッジ）が剛に結合しているという仮定の上で、モータにパルスジェネレータを取り付け、パルス信号を微分演算することで加速度信号としている。
【００２１】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら上記従来例の特許文献１が開示する加速度信号はモータの回転に関するものであってキャリッジに関するものではない。モータとキャリッジとが剛に結合されていれば無視できる問題であるが、記録装置では柔軟部材であるベルトを力伝達機構に使用しており、モータの回転運動とキャリッジの並進運動の間にダイナミクスが存在することは公知である。つまり、キャリッジの加速度をモータの回転角加速度で代用することは出来ない。従って、特許文献１の開示する方法を記録装置に適用して、即ち、記録装置においてはモータにパルスジェネレータを取り付けても意図したようなサーボ機構は実現できない。
【００２２】
また、キャリッジに加速度センサを取り付ければキャリッジの加速度を直接に検出できるが、一般に加速度センサは極めて高価であり記録装置に実装することはコストの面で現実的でない。
【００２３】
以上に述べたように、従来の記録装置に採用されたようなキャリッジのサーボ機構では、速度情報のフィードバックを基本的な制御系構成としているため、十分な外乱抑圧性能が得られなかった。その結果、キャリッジ走査時にキャリッジの速度変動を抑制することが出来ず、その結果として、キャリッジ走査方向に記録ムラを生じさせることになっていた。
【００２４】
本発明は上記従来例に鑑みてなされたものであり、安価にキャリッジの加速度を検出し、キャリッジの外乱抑圧性能を向上させることにより画質向上を達成することができるキャリッジ駆動制御方法を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のキャリッジ駆動制御方法は以下の工程からなる。
【００２６】
即ち、記録ヘッドを搭載したキャリッジを記録媒体に対して記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なう記録装置に適用されるキャリッジ駆動制御方法であって、前記キャリッジの移動速度を検出する第１の検出工程と、キャリッジモータからの駆動力を前記キャリッジに伝達するベルト上にあって前記キャリッジを固定する固定部の両側に夫々取り付けられた第１と第２のひずみゲージからの夫々の出力に基づいて前記キャリッジの加速度を検出する第２の検出工程と、前記第１の検出工程において検出されたキャリッジの移動速度に対して前記第２の検出工程において検出された前記キャリッジの加速度に基づいて前記キャリッジ速度を補償する補償工程と、前記補償工程において補償されたキャリッジ速度により前記キャリッジモータの駆動をフィードバック制御する制御工程とを有することを特徴とするキャリッジ駆動制御方法を備える。
【００２７】
また本発明は、上記構成の方法を記録装置に適用することによって実現しても良い。その記録装置は以下のような構成からなる。
【００２８】
即ち、記録ヘッドを搭載したキャリッジを記録媒体に対して記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なう記録装置であって、前記キャリッジを駆動させるための駆動力を発生するキャリッジモータと、前記キャリッジを固定するとともに、前記キャリッジモータによって発生した駆動力を前記キャリッジに伝達するベルトと、前記ベルト上の前記キャリッジが固定される固定の両側に設けられる第１と第２のひずみゲージと、前記キャリッジの移動速度を検出する第１の検出手段と、前記第１と第２のひずみゲージからの夫々の出力に基づいて前記キャリッジの加速度を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段によって検出されたキャリッジの移動速度に対して前記第２の検出手段によって検出された前記キャリッジの加速度に基づいて前記キャリッジ速度を補償する補償手段と、前記補償手段によって補償されたキャリッジ速度に基づいて前記キャリッジモータの駆動をフィードバック制御する制御手段を有することを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
さて以上のような解決手段の構成をさらに詳しく言えば、前記第１の検出手段は、リニアエンコーダを含むことが望ましく、前記第１及び第２のひずみゲージはホイートストンブリッジ回路の少なくとも１つの抵抗体を構成することが望ましい。
【００３０】
そして、前記制御手段は、前記キャリッジの移動速度により前記キャリッジモータの駆動をフィードバック制御する第１の制御ループと、前記キャリッジの加速度により前記キャリッジモータの駆動をフィードバック制御する第２の制御ループとを含むようになる。
【００３１】
また、前記第２の検出手段は、前記第１と第２のひずみゲージからの夫々の出力に基づいて、前記キャリッジに作用する推力を検出する推力検出手段を含むようにしても良い。
【００３２】
なおまた、前記記録ヘッドはインクジェット記録ヘッドであり、前記記録剤はインクであることが望ましい。その場合、前記インクジェット記録ヘッドは、熱エネルギーを利用してインクを吐出するために、インクに与える熱エネルギーを発生するための電気熱変換体を備えていることが望ましい。
【００３３】
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について、さらに具体的かつ詳細に説明する。
【００３４】
なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。
【００３５】
また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。
【００３６】
さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきもので、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。
【００３７】
またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。
【００３８】
＜インクジェット記録装置の説明（図１）＞
図１は本発明の代表的な実施形態であるインクジェット記録装置のキャリッジ周辺部の構成の概要を示す外観斜視図である。
【００３９】
図１に示すキャリッジ１にはインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッドという。なお、図１には図示されていない）が搭載され、キャリッジ移動方向に移動しながらインクを記録紙のような記録媒体に吐出して記録を行う。
【００４０】
記録ヘッドを搭載するキャリッジ１は２本のガイドシャフト２に案内されて往復運動をする。ベルト３はベルトホルダ４を介してキャリッジ１に固定されており、また、ベルト３はプーリ６とアイドルプーリ７に弛みなく懸架されている。
プーリ６とアイドルプーリ７はキャリッジ１の走査方向の両端にそれぞれ配置されている。プーリ６にはアクチュエータであるキャリッジモータ５が連結されている。
【００４１】
さらに、この実施形態によると、ベルト３にひずみゲージ８ａ、８ｂが取り付けられている。ひずみゲージ８ａはプーリ６とベルトホルダ４の間で、ひずみゲージ８ｂはアイドルプーリ７とベルトホルダ４の間で、かつ、両者ともベルトホルダ４近傍に取り付けられている。キャリッジ１は基板９を搭載しており、ひずみゲージ８ａ、８ｂのリード線は基板９に接続されている。
【００４２】
図２はベルトホルダ４近傍をキャリッジ１の上面から図１に示す矢印Ｄの方向に眺めた上面図である。
【００４３】
図２によると、ひずみゲージ８ａ、８ｂの取り付け状態がさらに詳細に図示されているのが分かる。即ち、ひずみゲージ８ａ、８ｂは、ベルト３に、ベルトホルダ４を挟んでほぼ対称な場所で取り付けられている。
【００４４】
キャリッジモータ５が発生する駆動力はプーリ６、アイドルプーリ７、ベルト３を介してキャリッジ１に推力として伝達される。ひずみゲージ８ａ、８ｂはこの推力あるいはキャリッジ１の加速度を検出する。キャリッジ１に伝達される推力はベルト３の張力の変化と等価である。より正確に言うならば、ベルトホルダ４をはさんで左右の部位それぞれの張力に差が発生すると、この張力差がキャリッジ１に推力として作用する。ベルト３の張力はベルト３の伸縮量に比例することが知られており、ひずみゲージ８ａ、８ｂでベルト３の伸縮量すなわちひずみを測定すればベルト３の張力を測定することができる。ベルトホルダ４をはさんだ左右の部位でそれぞれベルト３のひずみを測定して、その差を演算すれば、キャリッジ１に作用する推力を測定することができるのである。
【００４５】
なお、ニュートン力学から公知であるように推力と加速度とは比例の関係にある。よって、ひずみゲージ８ａ、８ｂで測定した推力はキャリッジ１の加速度と等価である。推力をキャリッジ１の質量で除算すれば加速度が得られる。
【００４６】
従って、この実施形態の特徴は、このようにして検出したキャリッジ１の加速度情報を用いて、速度と加速度の多重フィードバックループを構成することであると言える。
【００４７】
次に、以上の構成の記録装置を用いたキャリッジ制御について２つの実施形態を説明する。
【００４８】
＜第１実施形態（図３〜図６）＞
図３は本発明の第１実施形態に従うキャリッジ１のサーボ機構の構成を示すブロック図である。これまで説明したように、キャリッジ１はベルトホルダ４を介してベルト３と締結されている。ベルト３はプーリ６とアイドルプーリ７に弛みなく懸架されている。プーリ６にはアクチュエータであるキャリッジモータ５が連結されている。ひずみゲージ８ａ、８ｂは、ベルト３の上で、ベルトホルダ４近傍、かつ、ベルトホルダ４を挟んだほぼ対称な場所に取り付けられている。また、キャリッジ１の変位情報はリニアエンコーダ１８によって検出される。
【００４９】
ひずみゲージ８ａ、８ｂはブリッジ回路１７と電気的に接続されている。ブリッジ回路１７の構成は後述する図４あるいは図５に示す。
【００５０】
図４はひずみゲージ８ａ、８ｂを含むブリッジ回路１７の構成例を示す回路図である。
【００５１】
図４（ａ）に示すように、ひずみゲージ８ａは抵抗１９ａ、２０ａ、２１ａと共にホイートストンブリッジ回路を構成している。この回路構成によれば、ひずみゲージ８ａが取り付けられた部位でベルト３に張力の変化が発生すると、それに応じてひずみゲージ８ａの電気抵抗値が変化する。よって、ホイートストンブリッジ回路に駆動電圧Ｖｓを与えると張力の変化に応じた出力電圧Ｅａが発生する。
【００５２】
また、図４（ｂ）に示すように、ひずみゲージ８ｂに関しても、図４（ａ）と同様にして抵抗１９ｂ、２０ｂ、２１ｂと共にホイートストンブリッジ回路が構成されている。この回路に駆動電圧Ｖｓを与えれば、ひずみゲージ８ｂが取り付けられた部位におけるベルト３の張力の変化は出力電圧Ｅｂとして検出される。
従って、出力電圧ＥａとＥｂとの差信号がキャリッジ１に与えられる推力を表わすことになり、この推力はキャリッジ１の加速度と等価である。
【００５３】
図５はひずみゲージ８ａ、８ｂを含むブリッジ回路１７の別の構成例を示す回路図である。
【００５４】
図５に示すように、ひずみゲージ８ａ、８ｂを１つのホイートストンブリッジ回路にまとめて接続してもよい。この場合、ひずみゲージ８ａとひずみゲージ８ｂの抵抗値の差に応じて出力電圧Ｅが発生する。出力電圧Ｅはキャリッジ１に与えられる推力を表わし、また、キャリッジ１の加速度とも等価である。
【００５５】
次に、先に示した図１を参照してブリッジ回路１７の実装箇所を説明する。
【００５６】
図１によると、キャリッジ１は基板９を搭載している。ブリッジ回路１７は基板９の上に実装されている。ひずみゲージ８ａ、８ｂのリード線は基板９と接続されており、基板９の中で、さらにブリッジ回路１７へと電気的に接続されている。このようにブリッジ回路１７をキャリッジ１の上に実装することで、ひずみゲージ８ａ、８ｂのリード線を極力短くすることが可能となる。一般に、ひずみゲージのリード線を長くとると電気的ノイズを拾いやすくなるという不都合があるが、この実施形態では、ブリッジ回路１７をキャリッジ１の上に実装することでキャリッジ１の加速度を高精度に検出することが可能になる。
【００５７】
再び図３に戻り、この実施形態に従うキャリッジ１のサーボ機構を図６に示すフローチャートを合わせて参照しながら説明する。
【００５８】
まず、ステップＳ１０で、速度検出器１２はリニアエンコーダ１８からの出力信号に基づいてキャリッジ１の速度情報（ｖ）を抽出する。次に、ステップＳ２０では、速度情報（ｖ）は速度指令値生成器１０からの出力（ｖ０）と比較器３０において比較減算され、さらに、ステップＳ３０ではその減算結果が速度補償器１１に導かれて適切な補償を施し、その速度補償された信号を出力する。
【００５９】
一方、ステップＳ１００で、加速度検出器１４は、ブリッジ回路１７の出力に適切な換算係数を乗ずることでキャリッジ１の加速度情報（ａ）を抽出する。ステップＳ１１０では、この加速度情報は符号反転されて出力される。さらに、ステップＳ２００では、速度指令値生成器１０が出力する速度指令値を微分器２５が微分して加速度の次元へと変換して出力する。
【００６０】
そして、ステップＳ４０では加算器３１においてその速度補償された出力信号と符号反転された加速度情報と微分された速度指令値とを加算して、その結果を加速度補償器１３に出力する。そして、ステップＳ５０では加速度補償器１３において加速度補償がなされ、その加速度補償された信号がパワーアンプ１６に出力され、その結果、ステップＳ６０において、パワーアンプ１６からの出力信号によりキャリッジモータ５が駆動される。
【００６１】
そして、キャリッジモータ５の駆動によって移動されるキャリッジ１の速度や加速度がステップＳ１０とＳ１００において抽出される。
【００６２】
従ってこの実施形態によれば、ステップＳ１０〜Ｓ６０、及びＳ１０〜……で速度のフィードバックループが形成されており、ステップＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ４０〜Ｓ６０、及びＳ１００〜……で加速度のフィードバックループである。
このように、この実施形態では、加速度と速度の多重フィードバックループを構成することで外乱要因に対する十分な抑圧性能が達成され、例えば、負荷トルクの変動、キャリッジモータのトルクリップル、温度ドリフトといった外乱要因に対して、キャリッジ走査時のキャリッジの速度変動および加速度の変動を極めて小さいレベルに抑制することが可能となる。
【００６３】
加えて、微分器２５により、速度指令値生成器が出力する速度指令値を加速度の次元へと変換して、加速度のフィードバックループに指令値として入力することにより、サーボ機構の目標値に対する追従性も飛躍的に向上する。
【００６４】
＜第２実施形態（図７）＞
この実施形態では、ひずみゲージを用いることによって速度と推力の多重フィードバックループを構成する例について説明する。
【００６５】
図７は本発明の第２実施形態に従うキャリッジ１のサーボ機構の構成を示すブロック図である。図７において、既に図３を用いて第１実施形態で説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付してあり、その説明は省略する。
【００６６】
第１実施形態で説明した構成と第２実施形態の構成との差異は、加速度情報に代わり、キャリッジ１に作用する推力に関してフィードバックループを構成した点である。これまで再三説明したように加速度と推力とは等価な量なので、ブリッジ回路１７の出力からキャリッジ１に作用する推力の情報を抽出できる。
【００６７】
図７によれば、推力検出器２４はブリッジ回路１７の出力に対して適切な換算係数を乗ずることでキャリッジ１に作用する推力を抽出する。この推力情報（ｆ）は符号反転された後に加算器３２へと出力される。一方、加算器３１からの加算結果は加速度・推力変換器２６へと出力される。
【００６８】
さて、速度補償器１１と微分器２６とからの出力は物理的に加速度次元の量であるので、加速度・推力変換器２６ではこれら加速度次元の量を推力の次元へと換算し、その換算結果を加算器３２に出力し、推力検出器２４からの反転出力を加算して、その結果を推力補償器２３に出力する。
【００６９】
図７に示した構成から分かるように、ひずみゲージ８ａ、８ｂからの出力→ブリッジ回路１７→推力検出器２４→推力補償器２３→パワーアンプ１６→キャリッジモータ５→ベルト３→ひずみゲージ８ａ、８ｂからの出力→……という推力に関するフィードバックループが構成され、キャリッジ１に作用する推力を適切に制御することが可能となる。
【００７０】
従って以上説明した実施形態に従えば、推力に関するフィードバックループにより、キャリッジモータ５の負荷トルクの変動やモータのトルクリップルが存在しても、キャリッジ１に所望の推力を与えることができる。
【００７１】
このように、以上説明した実施形態によれば、ひずみゲージでキャリッジの加速度を検出することで、安価な加速度検出手段を提供することができる。
【００７２】
一般に、圧電式やサーボ式の加速度センサは極めて高価であり、民生向けあるいは産業向けの記録装置に実装することは現実的でない。ひずみゲージの使用はコストの面で極めて有利である。
【００７３】
さらに、ひずみゲージという安価な加速度検出手段が提供されたことで、外乱抑圧特性が極めて良好なキャリッジのサーボ機構を速度と加速度の多重フィードバックループを安価に具体化することができる。特に、本願発明が適用される、例えば、インクジェット記録装置では、トルク負荷の変動、モータのトルクリップル、温度ドリフトといった不可避な外乱要因が存在するが、本発明によれば、これら外乱要因に対して、キャリッジの走査ムラを十分小さなレベルに抑制することが可能となる。
【００７４】
またさらに、上述のように、キャリッジの加速度とキャリッジに与えられる推力とは等価であるから、ひずみゲージを用いることはその推力の検出手段を提供することを意味する。従って、キャリッジのサーボ機構を速度と推力の多重フィードバックループによって形成するとすることが可能になり、このようなループ構成によってキャリッジに与える推力を適切に制御することが可能となる。
【００７５】
従って、外乱要因の存在によらず、キャリッジに所望の推力を作用させ、キャリッジの走査ムラを起こさずにキャリッジを安定して走査させることが可能になる。
【００７６】
さらに、以上の実施形態において、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。
【００７７】
以上の実施形態は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式を用いることにより記録の高密度化、高精細化が達成できる。
【００７８】
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式はいわゆるオンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に１対１で対応した液体（インク）内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。
【００７９】
このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことができる。
【００８０】
また、以上の実施形態は記録ヘッドを走査して記録を行なうシリアルタイプの記録装置であったが、記録媒体の幅に対応した長さを有する記録ヘッドを用いたフルラインタイプの記録装置であっても良い。フルラインタイプの記録ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【００８１】
加えて、上記の実施形態で説明した記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドのみならず、装置本体に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッドを用いてもよい。
【００８２】
また、以上説明した記録装置の構成に、記録ヘッドに対する回復手段、予備的な手段等を付加することは記録動作を一層安定にできるので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこれとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせによる予備加熱手段などがある。また、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを備えることも安定した記録を行うために有効である。
【００８３】
さらに、記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってでも良いが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの少なくとも１つを備えた装置とすることもできる。
【００８４】
以上説明した実施の形態においては、インクが液体であることを前提として説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクであっても、室温で軟化もしくは液化するものを用いても良く、あるいはインクジェット方式ではインク自体を３０°Ｃ以上７０°Ｃ以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものであればよい。
【００８５】
さらに加えて、本発明に係る記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末として一体または別体に設けられるものの他、リーダ等と組み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を取るものであっても良い。
【００８６】
【発明の効果】
従って以上説明したように本発明によれば、記録ヘッドを搭載したキャリッジを記録媒体に対して記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なう記録装置において、キャリッジの移動速度を検出し、キャリッジモータからの駆動力をキャリッジに伝達するベルト上にあってキャリッジを固定する固定部の両側に夫々取り付けられた第１と第２のひずみゲージからの夫々の出力に基づいてキャリッジの加速度を検出し、その検出されたキャリッジの移動速度に対して検出されたキャリッジの加速度に基づいてそのキャリッジ速度を補償し、その補償されたキャリッジ速度によりキャリッジモータの駆動をフィードバック制御するので、ひずみゲージを用いるという安価な方法で、多重のフィードバックループが形成され、より精度の高いキャリッジ駆動制御を行うことが可能になる。
【００８７】
これにより、本発明の方法が記録装置に適用された場合、より高品位な画像記録が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的な実施形態であるインクジェット記録装置のキャリッジ周辺部の構成の概要を示す外観斜視図である。
【図２】ベルトホルダ４近傍をキャリッジ１の上面から眺めた上面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に従うキャリッジ１のサーボ機構の構成を示すブロック図である。
【図４】ひずみゲージ８ａ、８ｂを含むブリッジ回路１７の構成例を示す回路図である。
【図５】ひずみゲージ８ａ、８ｂを含むブリッジ回路１７の別の構成例を示す回路図である。
【図６】本発明の第１実施形態に従うサーボ機構を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に従うキャリッジ１のサーボ機構の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の記録装置にみられるキャリッジのサーボ機構の概要を示すブロック図である。
【図９】従来のサーボ機構の動作の詳細を説明するブロック図である。
【図１０】特許公報第２７８４００２号の開示内容を記録装置におけるキャリッジのサーボ機構に適用した様子を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ キャリッジ
２ ガイドシャフト
３ タイミングベルト
４ ベルトホルダ
５ モータ
６ プーリ
７ アイドルプーリ
８ａ、８ｂ ひずみゲージ
９ 基板
１０ 速度指令値生成器
１１ 速度補償器
１２ 速度検出器
１３ 加速度補償器
１４ 加速度検出器
１５ 電力・推力変換機構
１６ パワーアンプ
１７ ブリッジ回路
１８ リニアエンコーダ
１９、１９ａ 抵抗器
２０、２０ａ 抵抗器
２１、２１ａ 抵抗器
２２ 積分回路
２３ 推力補償器
２４ 推力検出器
２５ 加速度・推力変換器
２６ 微分器
Claims (1)
- 記録ヘッドを搭載したキャリッジを記録媒体に対して記録媒体に対して相対的に移動させて記録を行なう記録装置に適用されるキャリッジ駆動制御方法であって、
前記キャリッジの移動速度を検出する第１の検出工程と、
キャリッジモータからの駆動力を前記キャリッジに伝達するベルト上にあって前記キャリッジを固定する固定部の両側に夫々取り付けられた第１と第２のひずみゲージからの夫々の出力に基づいて前記キャリッジの加速度を検出する第２の検出工程と、
前記第１の検出工程において検出されたキャリッジの移動速度に対して前記第２の検出工程において検出された前記キャリッジの加速度に基づいて前記キャリッジ速度を補償する補償工程と、
前記補償工程において補償されたキャリッジ速度により前記キャリッジモータの駆動をフィードバック制御する制御工程とを有することを特徴とするキャリッジ駆動制御方法。
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